asp.net core 集成JWT(二)token的强制失效,基于策略模式细化api权限

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【前言】

  上一篇我们介绍了什么是JWT,以及如何在asp.net core api项目中集成JWT权限认证。传送门:https://www.cnblogs.com/7tiny/p/11012035.html

  很多博友在留言中提出了疑问:

  1. 如何结合jwt认证对用户进行API授权?
  2. token过期了怎么办?
  3. 如何自动刷新token?
  4. 如何强制token失效?
  5. 如何应用到集群模式?

  那么,便有了本篇。本篇在上一篇的基础上继续完善JWT的使用,并陆续回答上面的疑问。当然Demo中没有体现的也会提供思路供博友参考。

【一、如何结合JWT认证对用户进行API授权】

  场景:我们有多个API接口,我们希望细化地控制哪个用户可以访问哪些API(可能是在某个授权界面进行API授权)

  还是我们上一篇中的Demo项目:https://github.com/sevenTiny/Demo.Jwt

  

  我们添加了两个类:PolicyHandler.cs和PolicyRequirement.cs

  首先是:PolicyRequirement.cs,这个类文件中定义了一个用户名和url的对应实体,UserPermission用户权限承载实体。然后实现了微软自带的接口IAuthorizationRequirement,里面构造方法赋值了如果没有权限将要跳转的接口和某用户所有有权限的接口的配置集合,因为只写了一个接口,这里只配置了一条作为Demo,当然了,在实际应用的时候,所有的这些配置我们都可以写在数据库中持久化,需要的时候读取出来即可。


using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using System.Collections.Generic;

namespace Demo.Jwt.AuthManagement
{
    /// <summary>
    /// 权限承载实体
    /// </summary>
    public class PolicyRequirement : IAuthorizationRequirement
    {
        /// <summary>
        /// 用户权限集合
        /// </summary>
        public List<UserPermission> UserPermissions { get; private set; }
        /// <summary>
        /// 无权限action
        /// </summary>
        public string DeniedAction { get; set; }
        /// <summary>
        /// 构造
        /// </summary>
        public PolicyRequirement()
        {
            //没有权限则跳转到这个路由
            DeniedAction = new PathString("/api/nopermission");
            //用户有权限访问的路由配置,当然可以从数据库获取
            UserPermissions = new List<UserPermission> {
                              new UserPermission {  Url="/api/value3", UserName="admin"},
                          };
        }
    }

    /// <summary>
    /// 用户权限承载实体
    /// </summary>
    public class UserPermission
    {
        /// <summary>
        /// 用户名
        /// </summary>
        public string UserName { get; set; }
        /// <summary>
        /// 请求Url
        /// </summary>
        public string Url { get; set; }
    }
}


  PolicyHandler 这个类继承了微软提供的类型AuthorizationHandler<PolicyRequirement>,泛型是我们上一步刚定义的类型。

  在这个类里面,我们实现了抽象方法 Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, PolicyRequirement requirement),这个方法里面明确了如何具体地校验用户是否有API权限,并且根据校验结果控制应该跳转到提示API,还是继续执行有权限的API。

  这里的校验逻辑比较简单,Demo级别的,但是提供了校验的入口,具体业务场景根据需求进行适当替换即可。


using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using System.Linq;
using System.Security.Claims;
using System.Threading.Tasks;

namespace Demo.Jwt.AuthManagement
{
    public class PolicyHandler : AuthorizationHandler<PolicyRequirement>
    {
        protected override Task HandleRequirementAsync(AuthorizationHandlerContext context, PolicyRequirement requirement)
        {
            //赋值用户权限
            var userPermissions = requirement.UserPermissions;
            //从AuthorizationHandlerContext转成HttpContext,以便取出表求信息
            var httpContext = (context.Resource as Microsoft.AspNetCore.Mvc.Filters.AuthorizationFilterContext).HttpContext;
            //请求Url
            var questUrl = httpContext.Request.Path.Value.ToUpperInvariant();
            //是否经过验证
            var isAuthenticated = httpContext.User.Identity.IsAuthenticated;
            if (isAuthenticated)
            {
                if (userPermissions.GroupBy(g => g.Url).Any(w => w.Key.ToUpperInvariant() == questUrl))
                {
                    //用户名
                    var userName = httpContext.User.Claims.SingleOrDefault(s => s.Type == ClaimTypes.NameIdentifier).Value;
                    if (userPermissions.Any(w => w.UserName == userName && w.Url.ToUpperInvariant() == questUrl))
                    {
                        context.Succeed(requirement);
                    }
                    else
                    {
                        //无权限跳转到拒绝页面
                        httpContext.Response.Redirect(requirement.DeniedAction);
                    }
                }
                else
                {
                    context.Succeed(requirement);
                }
            }
            return Task.CompletedTask;
        }
    }
}


  然后我们改造一下模拟数据的API,添加一个 api/value3 不同的是,这个action我们添加了一个带有策略名称的权限特性标签:[Authorize(“Permission”)] 通过这个特性标签制定了这个action 会走我们自定义的策略方法。我们在返回值里面提示了“这个接口只有管理员才能访问到”,并且返回了登陆用户的用户名和角色信息。


[HttpGet]
[Route("api/value3")]
[Authorize("Permission")]
public ActionResult<IEnumerable<string>> Get3()
{
    //这是获取自定义参数的方法
    var auth = HttpContext.AuthenticateAsync().Result.Principal.Claims;
    var userName = auth.FirstOrDefault(t => t.Type.Equals(ClaimTypes.NameIdentifier))?.Value;
    var role = auth.FirstOrDefault(t => t.Type.Equals("Role"))?.Value;
    return new string[] { "这个接口有管理员权限才可以访问", $"userName={userName}",$"Role={role}" };
}


  上文中获取token的方法我们也微微进行了调整,对不同的登陆用户返回不同的角色名,让演示更加直观一些,因为改动较小,这里不粘贴代码,有想看详情的请下载代码查看。

  然后我们改造一下Startup,主要改造的地方是添加了策略模式的配置


services.AddAuthorization(options =>
{
    options.AddPolicy("Permission", policy => policy.Requirements.Add(new PolicyRequirement()));
})


  还有添加了策略模式控制类的依赖注入


//注入授权Handler
services.AddSingleton<IAuthorizationHandler, PolicyHandler>();


  下面是完整的Startup.cs代码


using Demo.Jwt.AuthManagement;
using Microsoft.AspNetCore.Authentication.JwtBearer;
using Microsoft.AspNetCore.Authorization;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.IdentityModel.Tokens;
using System;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace Demo.Jwt
{
    public class Startup
    {
        public Startup(IConfiguration configuration)
        {
            Configuration = configuration;
        }

        public IConfiguration Configuration { get; }

        // This method gets called by the runtime. Use this method to add services to the container.
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            //添加策略鉴权模式
            services.AddAuthorization(options =>
            {
                options.AddPolicy("Permission", policy => policy.Requirements.Add(new PolicyRequirement()));
            })
            .AddAuthentication(s =>
            {
                //添加JWT Scheme
                s.DefaultAuthenticateScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
                s.DefaultScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
                s.DefaultChallengeScheme = JwtBearerDefaults.AuthenticationScheme;
            })
            //添加jwt验证:
            .AddJwtBearer(options =>
            {
                options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
                {
                    ValidateLifetime = true,//是否验证失效时间
                    ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(30),

                    ValidateAudience = true,//是否验证Audience
                    //ValidAudience = Const.GetValidudience(),//Audience
                    //这里采用动态验证的方式,在重新登陆时,刷新token,旧token就强制失效了
                    AudienceValidator = (m, n, z) =>
                    {
                        return m != null && m.FirstOrDefault().Equals(Const.ValidAudience);
                    },
                    ValidateIssuer = true,//是否验证Issuer
                    ValidIssuer = Const.Domain,//Issuer,这两项和前面签发jwt的设置一致

                    ValidateIssuerSigningKey = true,//是否验证SecurityKey
                    IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey))//拿到SecurityKey
                };
                options.Events = new JwtBearerEvents
                {
                    OnAuthenticationFailed = context =>
                    {
                        //Token expired
                        if (context.Exception.GetType() == typeof(SecurityTokenExpiredException))
                        {
                            context.Response.Headers.Add("Token-Expired", "true");
                        }
                        return Task.CompletedTask;
                    }
                };
            });

            //注入授权Handler
            services.AddSingleton<IAuthorizationHandler, PolicyHandler>();

            services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);
        }

        // This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline.
        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
        {
            ///添加jwt验证
            app.UseAuthentication();

            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }

            app.UseMvc(routes =>
            {
                routes.MapRoute(
                    name: "default",
                        template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");
            });
        }
    }
}


  我们完成了这些工作以后,我们明确我们的目标:

  1. api/value1 接口我们不登陆就可以直接进行访问
  2. api/value2 接口只有登陆用户可以访问,不登录的用户是没有权限的
  3. api/value3 接口只有admin账号登陆(代码里写死的账号admin,也只为admin配置了权限)才可以访问,普通用户是不能访问的

  明确了上面的几个目标后,下面我们进行测试,依然是运行起来我们的项目:

  1.api/value1 接口我们不登陆就可以直接进行访问

  

  

  我们没有登陆便可以访问到api/value1接口

  2.api/value2 接口只有登陆用户可以访问,不登录的用户是没有权限的

  2.1. 我们先直接访问api/value2接口

  

  

  返回了状态码:401 无权限

  2.2. 那么我们调用登陆接口获取token

  

  

  2.3. 成功返回了token,我们拿该token去访问 api/value2 接口

  

  

  可以看到,我们成功拿到了数据,足以证明,api/value2 接口是需要登陆权限的

  3. 那么,我们用这个token去访问 api/value3 又会怎样呢?

  

  

  返回了403,访问错误。这个403是怎么来的呢?

  我们上文说过的PolicyHandler.cs文件中如果校验接口没有权限呢,我们会走下面这段逻辑:


//无权限跳转到拒绝页面
httpContext.Response.Redirect(requirement.DeniedAction);


  

  requirement.DeniedAction是我们PolicyRequirement.cs文件中配置死的地址:”/api/nopermission”

  

  这个地址返回的就是403 Forbid,当然这里可以根据需要修改返回内容,不再赘述。

  4. 我们换一个admin账号重新登陆,然后访问 api/value3 接口

  4.1 首先我们调用获取token接口进行token获取

  

  

  4.2 我们拿到一个新的token,然后用这个新的token去访问刚才没权限的接口

  

  

  成功地获取到了结果,说明我们的配置策略生效了,只有admin账号才有权限获取到这个接口。

  上面就是我们完整的策略模式的实现方案,完整的代码可以在github地址中进行下载或clone。

【二、Token的使用策略】

  1.token过期了怎么办?

  关于token过期这个话题呢,有很多应用场景,对应不同的处理方式。

  比如:token过期可以提示用户重新登陆,常见的有登陆一段时间后要重新登陆校验密码;

  比如:token过期可以使用其他手段进行“偷偷”刷新,用户感觉不到,但是token已经是新的了;

  2.如何自动刷新token

  那么token偷偷刷新有什么实现方式呢?

  比如:约定好失效的时间,前端在失效前进行重新调用登陆接口进行获取;

  比如:使用SingleR,保持前后端通讯也可以一定时间轮询刷新token;

  比如:后端执行策略,定时任务刷新token,如果持续请求接口,就可以拿到最新的token进行“续命”,如果长时间不访问任意接口,那么token也就失效了;

  3.如何强制token失效?

  什么场景要强制token失效呢?比如我们只允许账号一个地方登陆一次,异地登陆会将账号挤下线。这种时候我们就要将旧token失效,仅仅让新的token生效。

  下面我们在Demo中体现如何让旧token强制失效。

  3.1  在我们之前说过的Const.cs类中添加一个静态变量(不是const,const是只读的),让我们在程序中可以直接修改值。当然又是为了模拟,真实场景这个值应该持久化或者存在redis里面,这里我们为了代码简洁易懂就不集成太多的组件了。

  3.2 稍微修改一下我们的获取token的action,在密码验证成功之后,修改静态变量的值。

  变量值采用账号密码加当前时间字符串,以保证每次登陆都是不一样的值。


//每次登陆动态刷新
Const.ValidAudience = userName + pwd + DateTime.Now.ToString();


  然后我们在生成token的时候,让接收者=我们静态变量的值,audience: Const.ValidAudience

  完整的代码如下:


[AllowAnonymous]
        [HttpGet]
        [Route("api/auth")]
        public IActionResult Get(string userName, string pwd)
        {
            if (CheckAccount(userName, pwd, out string role))
            {
                //每次登陆动态刷新
                Const.ValidAudience = userName + pwd + DateTime.Now.ToString();
                // push the user’s name into a claim, so we can identify the user later on.
                //这里可以随意加入自定义的参数,key可以自己随便起
                var claims = new[]
                {
                    new Claim(JwtRegisteredClaimNames.Nbf,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now).ToUnixTimeSeconds()}") ,
                    new Claim (JwtRegisteredClaimNames.Exp,$"{new DateTimeOffset(DateTime.Now.AddMinutes(30)).ToUnixTimeSeconds()}"),
                    new Claim(ClaimTypes.NameIdentifier, userName),
                    new Claim("Role", role)
                };
                //sign the token using a secret key.This secret will be shared between your API and anything that needs to check that the token is legit.
                var key = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey));
                var creds = new SigningCredentials(key, SecurityAlgorithms.HmacSha256);
                //.NET Core’s JwtSecurityToken class takes on the heavy lifting and actually creates the token.
                var token = new JwtSecurityToken(
                    //颁发者
                    issuer: Const.Domain,
                    //接收者
                    audience: Const.ValidAudience,
                    //过期时间
                    expires: DateTime.Now.AddMinutes(30),
                    //签名证书
                    signingCredentials: creds,
                    //自定义参数
                    claims: claims
                    );

                return Ok(new
                {
                    token = new JwtSecurityTokenHandler().WriteToken(token)
                });
            }
            else
            {
                return BadRequest(new { message = "username or password is incorrect." });
            }
        }


  3.3 然后改造一下StartUp.cs

  我们仅仅需要关心改动的地方,也就是AddJwtBearer这个验证token的方法,我们不用原先的固定值的校验方式,而提供一个代理方法进行运行时执行校验


.AddJwtBearer(options =>

options.TokenValidationParameters = new TokenValidationParameters
{
    ValidateLifetime = true,//是否验证失效时间
    ClockSkew = TimeSpan.FromSeconds(30),
    ValidateAudience = true,//是否验证Audience
    //ValidAudience = Const.GetValidudience(),//Audience
    //这里采用动态验证的方式,在重新登陆时,刷新token,旧token就强制失效了
    AudienceValidator = (m, n, z) =>
    {
        return m != null && m.FirstOrDefault().Equals(Const.ValidAudience);
    },
    ValidateIssuer = true,//是否验证Issuer
    ValidIssuer = Const.Domain,//Issuer,这两项和前面签发jwt的设置一致
    ValidateIssuerSigningKey = true,//是否验证SecurityKey
    IssuerSigningKey = new SymmetricSecurityKey(Encoding.UTF8.GetBytes(Const.SecurityKey))//拿到SecurityKey
};


  这里逻辑是这样的:因为重新登陆将原来的变量更改了,所以这里校验的时候也一并修改成了新的变量值,那么旧的token当然就不匹配了,也就是旧的token被强制失效了。

   3.4 我们实际验证一下

  3.4.1 首先我们用admin账号获取token

  

  

  3.4.2 然后用该token访问有权限的 api/value3 接口

  

  

  意料之中,我们成功访问到了值,而且在有效期内访问多次都是可以访问成功的。

  3.4.3 那么我们用admin账号重新获取token

  

  

  拿到一个新的token

  3.4.4 我们不更换token,再用旧的token调用一下 api/value3

  

  

  返回状态码401了,说明没有权限了

  

  同时headers里面有错误描述时接收人参数错误,说明一切尽在我们的预期之中。

  3.4.5 那么我们使用我们第二次登陆用的新的token进行访问api/value3

  

  

  又成功地获取到了数据,表明我们新的token占有了当前宝座,老国王已经被挤下台了!

  4. 如何应用到集群模式

  这个问题其实在测试过Demo,然后再结合我们日常应用的话,答案很容易得到。以下几种参考:

  1. 我们这个Demo其实相关参数都是从Const.cs常量文件中获取的,文中也说了,实际应用中应从数据库或redis中获取。这些信号都表明了实际应用中很多都是走的配置中心或者是数据库,这些中间件本就天然支持集群模式,因此部署多套服务和部署一套服务是一样的,一个接口能通过的验证,多个接口也同样能通过验证。
  2. 第二种场景在大项目中或者微服务场景中比较常见,那就是微服务网关,我们完全可以将JWT集成在微服务网关上,而不用关心具体的下游服务。只要网关能通过认证就可以访问到下游的服务节点。

【结尾】

  到这里,我们在上一篇中“JWT的简介以及asp.net core 集成JWT”中遗留的问题已经全部解释完毕了,当然了,如果有新的问题也非常欢迎各路朋友在评论区留下您宝贵的意见。

  上一篇传送门:https://www.cnblogs.com/7tiny/p/11012035.html

  如果想要完整项目源码的,可以参考地址:https://github.com/sevenTiny/Demo.Jwt

  如果有幸能帮助到你,高抬贵手点个star吧~

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